摘要：田灣核電3#、4#機組蒸汽管道的部分蒸汽夾套型磁翻板液位計穿越樓板安裝，如果要維護該液位計，需要在下層廠(chǎng)房搭建很高的腳手架到房頂，不僅維護困難且工作風(fēng)險較高。為解決上述問(wèn)題，改變了測量桿安裝方式，同時(shí)更改了液位計內部接線(xiàn)，使液位計維護問(wèn)題得到解決，提高了液位計維護便利性，降低了工業(yè)安全風(fēng)險。
在核電廠(chǎng)的蒸汽管路中，為去除凝結水，要設置一些疏水罐，使凝結水由于重力下降并存儲在疏水罐中，進(jìn)而保證蒸汽質(zhì)量。然而疏水罐容量有限，當液位達到一定高度時(shí)，需要對其排水。那么怎么知道疏水罐的水位呢？這就需要通過(guò)液位計時(shí)刻監視水位，通過(guò)DCS系統判斷水位是否超過(guò)限值。當水位達到定義的高液位時(shí)，發(fā)出信號，打開(kāi)疏水閥；當水位低于定義的低液位時(shí)，關(guān)閉疏水閥。田灣核電3#、4#機組采用了柯普樂(lè )公司BNA-S型的遠傳磁浮子液位計進(jìn)行疏水罐液位的測量。該液位計安裝時(shí)，變送器和接線(xiàn)盒位于下部。由于設計原因，部分疏水罐穿越樓板布置，進(jìn)而液位計也要穿越樓板安裝，這就使安裝后的變送器和接線(xiàn)盒位于下層廠(chǎng)房的房頂部位，給日常維護、調試帶來(lái)了*大的不便，在進(jìn)行維護、調試工作時(shí)也會(huì )存在較高的工業(yè)安全風(fēng)險。對比田灣核電1#、2#機組和其他核電、火電機組，目前不存在穿越樓板安裝的蒸汽夾套型磁翻板液位計，因此需要采取某種新措施來(lái)改變液位計維護的便利性，同時(shí)降低作業(yè)風(fēng)險。
1 核電廠(chǎng)液位測量原理
在核電廠(chǎng)液位測量采用的液位計主要有磁翻板液位計、遠傳磁浮子液位計、差壓液位計、靜壓式液位計、超聲波液位計、雷達液位計。下面分別簡(jiǎn)要介紹各種液位計的測量原理。
1.1 磁翻板液位計
磁翻板液位計主要用于就地顯示，是根據浮力原理和磁性耦合作用研制而成。當被測容器中的液位升降時(shí)，液位計本體管中的磁性浮子也隨之升降，浮子內的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到磁翻柱指示器，驅動(dòng)紅、白翻柱翻轉180°，當液位上升時(shí)翻柱由白色轉變?yōu)榧t色，當液位下降時(shí)翻柱由紅色轉變?yōu)榘咨?，指示器的紅白交界處為容器內部液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現液位清晰的指示。
1.2 遠傳磁浮子液位計
該液位計的測量原理與磁翻板液位計類(lèi)似，增加了檢測磁浮子位置的傳感器和變送器，進(jìn)而把液位轉化成4~20mA電流輸出。
1.3 差壓液位計
差壓液位計是測量實(shí)際液位與參考液位的壓力差值，進(jìn)而換算出液位差值。由于參考液位高度恒定不變，通過(guò)參考液位減去液位差值即可得到實(shí)際液位值，實(shí)際液位值*終通過(guò)儀表就地顯示或轉化成電流信號輸出。
1.4 靜壓式液位計
靜壓式液位計是基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理進(jìn)行液位測量，依據的計算公式為P=ρgH。
1.5 超聲波液位計
超聲波物位計工作原理是由超聲波探頭發(fā)出高頻脈沖聲波，聲波遇到被測物位（物料）表面被反射，回波再被探頭接收轉換成電信號。聲波的傳播時(shí)間與聲波的發(fā)出到物體表面的距離成正比。測量聲波發(fā)出與接收到回波的時(shí)間，即可得到液位值。
1.6 雷達液位計
雷達液位計的測量原理與超聲波物位計類(lèi)似。它們的區別是：雷達液位計發(fā)出的是電磁波，超聲波液位計發(fā)出的是機械波。
2 田灣核電廠(chǎng)蒸汽夾套型磁翻板液位計安裝測量方式及遇到的問(wèn)題
田灣核電3#和4#機組采用柯普樂(lè )公司BNA-S型的遠傳磁浮子液位計進(jìn)行疏水罐液位的測量，液位計量程是0~600mm，傳感器檢測磁浮子位置，通過(guò)變送器轉化成4~20mA電流信號輸出。
2.1 蒸汽夾套型磁翻板液位計安裝測量方式
田灣核電3#、4#機組現場(chǎng)疏水罐液位測量*先采用兩個(gè)連通管把液位計測量筒與疏水罐連通，測量筒內部含有磁浮子，磁浮子高度隨疏水罐內液位變化，測量筒外部安裝測量桿，感受磁浮子高度，再通過(guò)下部變送器轉化成電流信號輸出到DCS系統。一些蒸汽管道安裝布置貼近地面，疏水罐穿越樓板，這樣就使液位計安裝后變送器位于樓板下部，即下一層廠(chǎng)房的房頂；如圖1所示。

2.2 液位計維護遇到的問(wèn)題
采用上述方式安裝的蒸汽夾套型磁翻板液位計，要進(jìn)行維護時(shí)，需要在下一層廠(chǎng)房搭建較高的腳手架到房頂，*大地增加了作業(yè)難度和作業(yè)風(fēng)險，工作流程也比較復雜。所以需要采取某種措施來(lái)簡(jiǎn)化工作流程、降低工作難度、減小作業(yè)風(fēng)險。
3 蒸汽夾套型磁翻板液位計安裝和測量的*一步改進(jìn)方案
由于設計缺陷，穿越樓板安裝的蒸汽夾套型磁翻板液位計維護難度較大，作業(yè)風(fēng)險較高，工作流程相對復雜。為解決上述問(wèn)題，擬采取以下兩個(gè)方案。
3.1 反向安裝液位計測量桿
液位計測量桿反向安裝后，變送器和接線(xiàn)盒位于樓板上部，反裝后示意圖如圖2所示。維護時(shí)變送器位于接近地面的位置，易于到達，不存在高處作業(yè)風(fēng)險，不需要搭建腳手架，工作流程也能得到簡(jiǎn)化。
采取如上措施后，以前的問(wèn)題得到了解決；但是又出現了新的問(wèn)題：原來(lái)的液位測量關(guān)系是0mm水對應輸出4mA電流，600mm水對應輸出20mA電流。反向安裝測量桿后，0mm水對應輸出20mA電流，600mm水對應輸出4mA電流，電流輸出也被反向了。為解決這個(gè)問(wèn)題，還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

3.2 對DCS中軟件量程進(jìn)行反向設置
由于就地實(shí)際液位和邏輯中識別的液位是通過(guò)電流信號進(jìn)行聯(lián)絡(luò )的，原來(lái)安裝方式，實(shí)際液位正比于電流信號，電流信號正比于邏輯中識別的液位值。反向安裝測量桿后，實(shí)際液位與電流信號的關(guān)系反向，因此邏輯中識別的液位值與實(shí)際液位也反向。如果此時(shí)反向設置邏輯中的軟件量程，將原來(lái)的下限0mm、上限600mm，改成下限是600mm、上限是0mm，那么電流信號和邏輯中識別的液位值也會(huì )反向。根據負負得正的原則，此時(shí)就地實(shí)際液位與邏輯中識別的液位值一致。
4 蒸汽夾套型磁翻板液位計安裝和測量的*二步改進(jìn)方案
*一步方案實(shí)施后，解決了之前存在的諸多問(wèn)題，邏輯中的液位值也能夠與就地液位一一對應，實(shí)現正常的液位測量。但是由于邏輯中反向設置量程的上下限，導致操縱員畫(huà)面中液柱刻度也反向，即600mm在下面、0mm在上面；這不符合人們的日常習慣，容易形成誤導，造成失誤事件。同時(shí)軟件反向設置后，系統不允許在對該測點(diǎn)進(jìn)行數值仿真，如果現場(chǎng)要進(jìn)行液位計維修，將會(huì )影響現場(chǎng)維修工作的開(kāi)展，因此還需要進(jìn)一步改進(jìn)液位計的安裝和測量方式。
4.1 深入研究蒸汽夾套型磁翻板液位計測量原理
為尋求更好的改進(jìn)方案，對蒸汽夾套型磁翻板液位計的測量原理進(jìn)行了深入研究。液位計測量桿中是由等間距排布的干簧管和電阻元件組成，當磁浮子達到某一高度時(shí)，對應的干簧管閉合，如果能識別出哪個(gè)干簧管閉合，即可獲得當前液位值。那么變送器又是如何識別出哪個(gè)干簧管閉合的呢？再次探究測量桿內部電路，繪制液位計內部原理圖，如圖3所示。測量桿內部電阻串聯(lián)連接，每?jì)蓚€(gè)電阻的連接處連接干簧管的一端，干簧管的另一端并聯(lián)連接，*終引出蘭、棕、黑三根信號線(xiàn)。
根據原理圖可以清晰的分析出測量原理：蘭色線(xiàn)和黑色線(xiàn)施加恒定電壓，棕色線(xiàn)作為反饋信號線(xiàn)。當磁浮子處于不同高度時(shí)，相應的開(kāi)關(guān)（干簧管）閉合，輸出一個(gè)電阻分壓信號。測量棕色線(xiàn)電壓，即可獲得閉合的干簧管位置，經(jīng)過(guò)變送器模塊即可轉化為4~20mA信號，進(jìn)而得到當前液位。

4.2 更改液位計內部傳感器接線(xiàn)
如圖3所示，假定1號端子（藍色線(xiàn)）連接測量桿頂部電阻，3號端子（黑色線(xiàn)）連接測量桿底部電阻，按照*一步優(yōu)化中提到的反向安裝測量桿的措施實(shí)施后，頂部電阻和底部電阻調換位置，此時(shí)3號端子連接測量桿頂部電阻，1號端子連接測量桿底部電阻。變送器與液位成正比、輸出4~20mA的條件是1號端子連接頂部電阻、3號端子連接底部電阻。反向安裝測量桿后，此時(shí)調換藍色線(xiàn)和黑色線(xiàn)的端接位置，即1號端子接黑色線(xiàn)、3號端子接藍色線(xiàn)，就可以仍然滿(mǎn)足變送器正向輸出的條件，此時(shí)不再需要邏輯中對軟件進(jìn)行反向設置。
4.3 恢復邏輯中軟件量程設置
由于反向安裝測量桿并更改液位計內部傳感器接線(xiàn)后，實(shí)際液位與電流輸出成正比關(guān)系，需要把原來(lái)反向設置的軟件量程恢復到原來(lái)的正常狀態(tài)，即下限是0mm、上限是600mm。
*二步優(yōu)化后，能夠在液位計測量桿反裝情況下獲得正向的信號輸出，既解決了原來(lái)的維護便利性問(wèn)題，也消除了后來(lái)產(chǎn)生的操縱員畫(huà)面不符合習慣、邏輯中不能仿真的問(wèn)題。
5 結束語(yǔ)
核電廠(chǎng)在設計、建設、調試、檢修過(guò)程中會(huì )遇到很多設計不夠完善的地方。本文把筆者親身經(jīng)歷的蒸汽夾套型磁翻板液位計安裝和測量方式改進(jìn)過(guò)程與各位讀者分享。對于如何避免蒸汽夾套型磁翻板液位計出現類(lèi)似問(wèn)題，在此提出個(gè)人的一些建議：*先在設計時(shí)盡量避免存在廠(chǎng)房頂部或穿越樓板安裝的儀表。如果不能避免此情況，應考慮廠(chǎng)房頂部或穿越樓板安裝的儀表怎樣安裝更方便維護，或者設計專(zhuān)門(mén)的檢修平臺；業(yè)主方審查設計文件時(shí)也需要考慮這一點(diǎn)。
筆者通過(guò)深入研究蒸汽夾套型磁翻板液位計測量原理后，經(jīng)過(guò)兩步優(yōu)化方案，*終才使得所有問(wèn)題得到有效解決。這說(shuō)明對于儀表的理解不應僅僅停留在應用層面，理解儀表的本質(zhì)對于處理現場(chǎng)問(wèn)題還是大有幫助。